交通灯定时控制系统的设计、制作.docx

课 程 设 计 实 验 报 告课程名称： 交通灯定时控制系统的设计、制作所在学院： 信息工程学院所在班级： 指导老师： 学生学号： 学生姓名： 目 录内容摘要 3课程设计目的 3设计任务及要求 3设计任务及要求 3系统方案设计 3分析比较各种方案的优缺点 3设计原理 3完整的电路图 8电路实物图 10组装调试部分 10调试电路的方法和技巧 10调试中出现的故障及解决方案 10总结设计电路的特点，并提出改进意见 11附录：列出参考文献 11元器件清单 11课题名称：交通灯定时控制系统的设计、制作 内容摘要：在城镇街道的十 交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。课程设计目的：1进一步熟悉数字电路课程的知识，将其运用于实践中。2掌握几种常用数字电路芯片的工作原理，并学会熟练的使用它们。3了解一般数字电路设计的基本步骤，学会将所学的理论知识运用到实际问题中。 4. 初步学习自行设计电路，连接电路和排查电路的能力。5学习以严谨的科学态度和认真的科学态度开对待实际问题。设计任务及要求：设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。系统方案设计1、分析比较各种方案的优缺点 在与其他方案的比较中，因为实验要求能在是减数器，但在初步的实验中所给器材并没有减数器，而是74LS163为加数器，所以在最初的设计时是设计成加数计时，而不是减数计时，而后来为了变为十进制，而用74LS163设计又十分复杂，于是改为用74LS160，其他地方并未做大的改变。优缺点：74LS190：优点,因为课题要求是倒数，所以使用74LS190，最符合课题要求。缺点,但在课题给定的文件中的器材限制就未使用。74LS163：优点，是课题文件给定的器材。 缺点,在设计数字表计数时，要求是十进制，设计方案较复杂。2、设计原理（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：TL ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则TL=0。TY ：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST ：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。定时器甲车道信号灯秒脉冲发生器 TL TY ST译码器控制器乙车道信号灯 图1 交通灯控制系统原理框图（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1： 表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：AR BYSTAG BR01TYTL010011STTLAR BGSTTYAY BRST图2交通灯控制系统的ASM图 （3）单元电路的设计1、脉冲发生器秒脉冲发生器，由555定时器构成，调节555定时器的电阻、电容的大小就能调节秒脉冲的周期。555定时器图如下：8 47621 53CR1R2VO2、定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图如图3，其功能表如表2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图3 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。 图3表2 74LS163功能表 表22、由两片74LS163级联组成的定时器电路如图4所示。图4 在图4中cp端输出触发脉冲，Ty与Q2相连在二进制中为0100，所以为以5秒为周期，TL与第一篇的Q4和Q3相与后相连，所以在二进制中为00011000，所以为以25秒为周期。3、控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示： 表2输 入输 出现 态状态转换条件次 态状态转换信号 TL TY ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 0 1 0 0 001010101控制器的逻辑图自行设计。根据控制器的状态转换表可以列出状态转换方程式：根据状态转换方程式可以作出控制器的逻辑连接图：4、译码器译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。译码器电路请自行设计。 表3Q1Q0AG AY ARBG BY BR000111101 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 0根据表中的逻辑关系可以列出译码器的表达式：AG=Q1Q0 BG=Q1Q0AY=Q1Q0 BY=Q1Q0AR=Q1 BR=Q1根据译码器的表达式可以作出译码器的逻辑图注：课题中要求黄灯在转换时还要一秒钟闪一下，所以在输出黄灯的线上还和CLK相与。完整的电路图如下页：电路实物图利用555定时器作为秒脉冲触发器，调节555定时器的电阻、电容的大小就能调节秒脉冲的周期。利用两片74LS163并联构成定时器，并且将输出置为TY为5秒为周期，TS为25秒为周期，用74LS153与74LS74根据状态转换方程式构成控制器，再根据译码器的表达式作出译码器的逻辑图。组装调试部分:主要仪器：万用表、剥线钳、钳子、电烙铁。调试电路的方法和技巧：1、焊接的原理是被焊金属需被加热到超过180度（锡线的熔点）后，点上锡线，锡便马上溶化成液态完全附在被焊金属表面上。2、如被焊金属温度不足，锡便成半液半固狀，便不能完全附在被焊物上，形成“假焊”“虚焊”的情況。3、在焊电路板时一定要注意，分清电路板的正反面，一般情况下不能从电路板的反面走线。4、在焊电路板时，还要注意芯片放置的位置，应放在两“铜片”的“中间”位置。 调试中出现的故障及解决方案：故障：黄灯不闪，数字钟不亮，用万用表测555定时器输出端，没有高低电平的变化。 故障原因：555定时器未接好。 排除方法：接好555定时器。 故障：数字表不按正确的方式示数。故障原因：数字表线路线路未接好。排除方法：将数字表的线路接好。故障：秒脉冲周期不正确。故障原因：555定时器的电阻、电容选择不正确。排除方法：调整555定时器的电阻、电容，使其周期时间正确。电路的工作原理总结设计电路的特点，并提出改进意见：电路特点：整个电路都是采用的原始资料所给的器件，并且按照材料中的要求设计成了TY为5秒为周期，TS为25秒为周期的电路，电路线路较简单、清晰。并且达到了通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定的要求。不足处，未达到题目要求的倒数计数的要求，这是74LS163芯片的本身的缺陷。改进意见：在下次课程设计要求时，应考虑到题目要求与器件相符合。收获体会：在整个课程设计中，我真正的认识到书本上学的理论知识与实际中的操作技术是有差别的，在电路设计之前，我只是空洞的学习一些知识，并没有深入的去思考一些芯片的特点，而在课程设计时就必就必须认真的去想。当遇到自己不知道的问题时还要去查资料，补充知识。在做仿真软件的时候，我认真的学习了Multisim 工具软件，在“实战”焊电路板时，体会到，理论和实践还是有一定差距的。这次课程设计后，我体会到光学习书本上的知识是不够的动手能力也是很重要的。在下次的课程设计时，我一定更加珍惜机会，尽自己最大的努力做出自己能做出的最好作品。附录：列出参考文献：数